高三二轮高效复习主题巩固卷化学（双选）有“膜”电化学装置的分析与判断

[课下巩固检测练(二十一)]有“膜”电化学装置的分析与判断(选择题每题5分)1．某锂离子电池的原理如图所示，下列说法不正确的是()A．隔膜为阳离子交换膜B．放电时，A极发生反应为I3−＋2e－C．充放电过程中，只有一种元素化合价发生变化D．用此电池电解(惰性电极)足量AgNO3溶液，当有1mol离子穿过隔膜时，产生气体分子数目为0.25NA解析：选C。放电时B极为负极，S失去电子，发生氧化反应，释放出的锂离子移向正极，所以隔膜为阳离子交换膜，A正确；放电时，A极为正极，发生还原反应，电极反应式为I3−＋2e－=3I－，B正确；充放电过程中，C元素和I元素的化合价均发生变化，C错误；用此电池电解(惰性电极)足量AgNO3溶液，阳极发生2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极发生Ag＋＋e－=Ag，当有1mol离子穿过隔膜时(转移1mol电子)，产生氧气0.25mol，即产生气体分子数目为0.25N2．(2025·山东菏泽二模)我国科学家发现，利用如图所示的电池装置可将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的H2O可解离为H＋和OH－。下列说法正确的是()A．电池工作时，电流方向为M极→电流计→N极→膜b→膜a→M极B．N极电极反应式为：C．若消耗0.1molB2H6，理论上有0.6molH＋透过膜bD．工作一段时间后，装置中需要补充H2SO4和NaOH解析：选B。根据N极变化特点是邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，增加了氢原子，发生还原反应，N电极作正极；M极是B2H6失去电子，生成BO2−，作负极，电极反应为B2H6＋14OH－－12e−=2BO2−＋10H2O。双极膜中间层中的水解离为H＋和OH－，氢离子通过膜b移向正极N，膜b为阳离子交换膜；氢氧根离子通过膜a移向负极M，膜a为阴离子交换膜。N电极作正极，电流方向为N极→电流计→M极→膜a→膜b→N极，A错误；N极邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，增加了氢原子，发生还原反应，电极反应式为，B正确；由分析知，负极反应为B2H6＋14OH－－12e−=2BO2−＋10H2O，消耗0.1molB23．（双选）盐酸羟胺(NH2OH·HCl)是一种常见的还原剂和显像剂，工业上可采用如下电化学方法制备，装置和正极反应机理如下图所示。下列有关说法不正确的是()A．X为H＋，Y为NH3OH＋B．含Fe电极起到导电和催化的作用C．Pt电极上的反应：H2＋2e－=2H＋D．消耗1molNO，有2molH＋通过交换膜解析：选CD。由图可知，含铁的电极为原电池的正极，在盐酸作用下，一氧化氮在正极得到电子发生还原反应生成盐酸羟胺，电极反应式为NO＋3e－＋4H＋=NH3OH＋，铂电极为负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，电极反应式为H2－2e－=2H＋，原电池工作时氢离子通过氢离子交换膜由负极区进入正极区。Y为反应机理最终产物，故Y为盐酸羟胺的阳离子，分析正极反应机理，结合元素守恒可以判断X为氢离子，A正确；Fe电极为正极，导电，同时根据反应机理可知，铁起着催化剂的作用，故含Fe电极起到导电和催化的作用，B正确；铂电极为负极，氢分子失去电子生成氢离子，正确的电极反应式为H2－2e－=2H＋，C错误；根据正极电极反应式，消耗1molNO，外电路有3mol电子转移，同时内电路有3molH＋通过交换膜，D错误。4．利用微生物电化学处理有机废水，同时可淡化海水并获得酸碱。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图所示的装置处理有机废水(以含有机酸CH3COOH溶液为例)，在直流电场作用下，双极膜间的水解离成H＋和OH－。下列说法正确的是()A．阳极反应式为CH3COOH＋8OH－－8e－=2CO2↑＋6H2OB.膜a为阴离子交换膜，膜b为阳离子交换膜C．产品室生成的物质为NaOHD．当阴极产生11.2L气体时，理论上可除去模拟海水中5.85gNaCl解析：选A。由图知，阳极上CH3COOH失去电子生成CO2，电极反应式为CH3COOH＋8OH－－8e－=2CO2↑＋6H2O，阴极上氢离子得电子生成氢气，该电解池是利用微生物电化学处理有机废水，同时可淡化海水并获得酸碱，则氢离子通过双极膜进入产品室，氯离子通过膜b进入产品室，则膜b为阴离子交换膜，产品室生成的物质为盐酸；膜a为阳离子交换膜，钠离子从此进入阴极，得到产品氢氧化钠。5．羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂，在直流电源的作用下，利用如图所示装置处理含苯酚废水和含甲醛废水(已知：H2O在膜a、b间解离为H＋和OH－)。下列说法错误的是()A．直流电源的电极电势：右端高于左端B．阳极的电极反应式为OH－－e－=·OHC．电解质Na2SO4的作用是增强溶液的导电能力D．每处理9.4g苯酚，理论上有2.8molOH－透过膜b解析：选D。M电极通入O2，发生反应生成·OH，反应式为O2＋2e－＋2H＋=2·OH，M作阴极，N为阳极，反应式为OH－－e－=·OH。M作阴极，连接的直流电源左端为负极，N为阳极，连接的直流电源右端为正极，正极电势高于负极，即右端高于左端，故A正确；加入电解质Na2SO4，溶解后自由移动的离子增多，但不影响电极反应，可以增强溶液的导电能力，故C正确；苯酚与·OH反应生成CO2的化学方程式为＋28·OH→6CO2↑＋17H2O，则每处理9.4g即0.1mol苯酚，理论上有2.8molOH－透过膜a，故D错误。6．(2025·湖南长沙长郡中学模拟)溶液电池是最具潜力的大规模储能电化学器件，然而不同的水溶液电池的发展又受到不同因素的限制。醌类()电极的酸碱混合电池能够实现高能量密度和优异的循环稳定性。电池工作示意图如图所示，下列有关说法错误的是()A．放电时，右侧醌类电极为负极B．放电时，左侧电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2+＋2H2OC．充电时，阳极区电解质溶液的pH保持不变D．充电时，电路中每转移1mol电子，阴极增重20g解析：选C。由图可知放电时为原电池，左侧电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2+＋2H2O，为原电池的正极，则右侧醌类电极为负极；充电时，电源正极连接原电池正极，作电解池的阳极，电源负极连接原电池负极，作电解池的阴极，阴极的电极反应式为＋2nH2O＋2nK＋＋4ne－=＋2nOH－。充电时，阳极电极反应式为Mn2+＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋，阳极区电解质溶液的pH减小，故C错误；由阴极电极反应式可知，电路中每转移4mol电子，阴极增重80g，则电路中每转移1mol电子，阴极增重20g，故D正确。7．（双选）(2025·内蒙古乌兰察布二模)水系钠离子电池有望代替锂离子电池和铅酸蓄电池，工作原理如图所示，以TiO2光电极作辅助电极，充电时TiO2光电极受光激发产生电子和空穴，空穴作用下NaI转化为NaI3。下列说法错误的是()A．充电时，M极的电极反应式为：S42−＋6e－B．放电时，N极为该电池的负极C．充电时，每生成1molNaI3，有3molNa＋通过钠离子交换膜进入M电极室D．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关解析：选BC。充电时TiO2光电极受光激发产生电子和空穴，空穴作用下NaI转化为NaI3，由图可知，充电时，N极为阳极，电极反应式为3I－－2e−=I3−，M极为阴极，电极反应式为S42−＋6e－=4S2，放电时，M极为负极，电极反应式为4S2－6e−=8．(2025·广东江门模拟)四甲基氢氧化铵CH3剂。以四甲基氯化铵CH34NCl为原料，采用电渗析法合成四甲基氢氧化铵A．光伏并网发电装置中n电极的电势高于m电极B．a电极反应式为2CH34C．若c、e均为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，则X为NaClD．每生成18.2gCH解析：选D。由装置可知左侧电解池中由CH34NOH稀溶液生成CH34NOH浓溶液，则CH34N＋应通过c膜进入左侧，并在a电极上发生反应2CH34N++2H22CH34NOH＋H2↑，生成0.2molCH34NOH的同时生成0.1molH2，转移0.2mol电子，b电极发生反应：4OH－－4e－=O2↑9．(2025·甘肃高考)我国科研工作者设计了一种Mg­海水电池驱动海水(pH＝8.2)电解系统(如下图)。以新型MoNi/NiMoO4为催化剂(生长在泡沫镍电极上)。在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法错误的是()A．将催化剂生长在泡沫镍电极上可提高催化效率B．在外电路中，电子从电极1流向电极4C．电极3的反应为：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑D．理论上，每通过2mol电子，可产生1molH2解析：选D。负极1：Mg－2e－＋2OH－=Mg(OH)2↓正极2：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－阴极4：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－阳极3：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑催化剂生长在泡沫镍电极上可加快电解速率，提高催化效率，A正确；根据分析，电极1是负极，电极4为阴极，电子从电极1流向电极4，B正确；由分析可知，电极3为阳极，发生氧化反应，生成氧气，电极3的反应为：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，C正确；电极2和电极4均产生氢气，理论上，每通过2mol电子，可产生2molH2，D错误。10．(2025·辽宁沈阳模拟)利用铝­CO2电池电解MnSO4溶液制备MnO2的装置如图所示。N极为铝电极，其余电极为石墨电极，下列说法错误的是()A．双极膜产生的H＋移向M极B．Q极端的电势高于P极端C．装置工作时，消耗的气体与生成的气体的物质的量相等D．外电路中通过0.3mole－时，氢氧化钠溶液的质量增加2.7g解析：选D。M电极二氧化碳得电子发生还原反应生成甲酸，N电极Al失电子发生氧化反应生成，可知M是正极、N是负极；N与P相连，P为阴极，M与Q相连，Q是阳极。原电池中阳离子移向正极，M是正极，双极膜产生的H＋移向M极，A正确；Q是阳极、P是阴极，Q极端的电势高于P极端，B正确；装置工作时，M电极1molCO2参加反应转移2mol电子，P极氢离子得电子生成氢气，转移2mol电子生成1mol氢气，消耗的气体与生成的气体的物质的量相等，C正确；外电路中通过0.3mole－时，双极膜中有0.3mol氢氧根离子进入氢氧化钠溶液，0.1mol铝元素进入溶液，氢氧化钠溶液的质量增加7.8g，D错误。11．(2025·河南豫西名校三模)热再生电池堆CO2电化学还原池系统(TRBs­CO2RR)可回收烟气中的低温余热并将其转化为电能，同时实现CO2转化利用，其工作原理如图。下列说法正确的是()A．装置Ⅱ中化学能转化为电能B．可从Pt电极产生的气体中分离并回收CO2C．碳毡处的电极反应：Cu＋4CH3CN－e－=[Cu(CH3CN)4]＋D．阴离子交换膜每通过2mol解析：选B。由系统名称“热再生电池堆­CO2电化学还原池系统”判断装置Ⅱ为CO2电化学还原池系统，即电解池，装置Ⅰ为电池堆(即原电池)。原电池的电极反应式为负极：(泡沫铜)Cu＋4CH3CN－e－=[Cu(CH3CN)4]＋，正极：(碳毡)Cu2+＋4CH3CN＋e－=[Cu(CH3CN)4]＋，电解池的电极反应式为阳极：－4e－=O2↑＋CO2↑＋2H2O，阴极：(Ag/C极)CO2＋2e－＋H2O=CO＋2OH－。装置Ⅱ为电解池，电能转化为化学能，A错误；Pt极产生O2和CO2，可从产生的气体中分离并回收CO2，B正确；碳毡处的电极反应为Cu2+＋4CH3CN＋e－=[Cu(CH3CN)4]＋，C错误；阴离子交换膜每通过2molHCO12．(2025·安徽三模)液流电池具有使用寿命长、储能规模大、深度放电、安全性高等优点，它广泛应用于储能领域。钒液流电池工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.电池在放电时，电解液中H＋由Ⅰ室通过交换膜移向Ⅱ室B．充电时电极M发生的电极反应为VO2+＋e－＋2H＋=VO2+＋HC．在硫酸溶液中用草酸还原V2O5制备电解液VOHSO42，反应的离子方程式为V2O5＋C2O42−＋6H＋D．采用电解V